基于ARM9的3G无线视频传输系统设计

摘要

当前我国信息产业正处于井喷式发展阶段，移动互联网的兴起成为时代潮流，因此市场对嵌入式系统及其相关应用的要求变得越来越高，传统的一低两高（低性能、高功耗、高成本）产品在市场上大势已去，改善用户体验已成为国内外IT厂商竞相追逐的焦点。要改善用户体验首先需要制定一个优化的项目解决方案，针对用户需求开发特定应用，综合起来，选用什么样的处理器、无线网络、编码器，怎样实现软硬件优化方案，怎样在满足性能的前提下节省成本，这些问题都应该成为每个IT人员的研究重点。
　　针对市场上技术尚未成熟且价格昂贵的3G视频应用，本文研究设计了基于ARM9的3G无线视频传输系统。本系统采用基于S3C2440微控制器的TQ2440二次开发平台，将嵌入式视频应用技术与H.264视频编码技术结合起来，利用现有的电信CDMA20003G无线网络，实现了嵌入式设备间的实时视频传输，并对T264编码器进行了针对TQ2440开发板的编译优化、代码优化以及编码器裁剪，提升了编码速度，降低了系统开销。本系统可应用于移动监控、远程视频会议、可视电话、远程医疗等领域，且系统成本低廉，具有广阔的市场前景。
　　本文主要完成以下工作:
　　1.介绍了图像分辨率、色深、色彩空间的基本原理，重点分析了RGB565、RGB24以及YUV420图像格式和色彩空间原理，介绍了JPEG和MPEG-4编码技术，详细讲述了H.264编码架构及其核心编码技术。
　　2.简要介绍了3G移动通信技术，包括WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。
　　3.配置了嵌入式系统交叉编译和调试环境，搭建了系统硬件和软件平台、包括开发板选型、摄像头选型、3G无线网卡选型、U-BOOT移植、linux内核移植、基于busybox的yaffs2文件系统移植、摄像头驱动移植、3G驱动配置、PPP协议配置。
　　4.实现了数据发送端软件编程，包括摄像头视频数据采集，视频数据转换、色彩空间转换、T264编码器参数配置及编码、socket UDP视频数据发送等程序。实现了数据接收端软件编程，包括socket UDP视频数据接收、T264解码、色彩空间转换、视频播放等程序。
　　5.在编译优化、代码优化和编码器裁剪三个方向上对T264编码器进行了针对TQ2440开发板的编码优化，降低了代码尺寸、提高了编码效率，并对系统效果进行了评估。
　　本文具有以下创新点:
　　1.传统的视频数据传输系统大多采用嵌入式终端-＞有线网络-＞PC的传输链路，常见的有远程视频监控系统、远程电视会议系统等，但有线网络环节和PC环节导致这种传输链路不具备可移动性，用户无法自主选择系统的使用地点，而本文采用嵌入式移动终端-＞无线网络-＞嵌入式移动终端的数据传输链路，传输源和目的都使用嵌入式移动终端，摆脱了有线网络和PC的束缚，可以获得更好的系统自由度。
　　2.采用技术成熟的电信CDMA20003G无线网络作为视频数据传输网络媒介。相比传统的GSM和GPRS网络，3G网络数据传输速度更快，终端移动速度限制更低，支持多媒体应用，网络覆盖范围广，可以在国内大面积应用，且3G模块在市面上种类繁多，价格便宜，可以有效降低系统成本。
　　3.采用H.264软编码技术，获得了比JPEG和MPEG-4更好的编码性能，解决了不采用编码技术时的视频卡顿、画面混乱和马赛克现象。在详细研究和频繁测试的过程中制定了系统最优的编码参数设置方案，在不影响编码性能前提下对H.264开源编码器T264做了针对TQ2440开发板的编译优化、代码优化和编码器裁剪，减小了目标代码尺寸，降低了系统开销，提高了编码速度。同时，采用软件编码技术还可以裁剪掉传统的硬件编码技术成本。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 本文研究背景和意义

1．2 本文创新点

1．3 本文章节安排

第2章 系统整体框架设计

第3章 图像编码技术

3．1 常见图像格式和色彩空间

3．1．1 RGB565

3．1．2 RGB24

3．1．3 YUV420

3．2 主要的图像编码技术

3．2．1 JPEG编码

3．2．2 MPEG-4编码

3．2．3 H．264编码

3．3 H．264编码技术

3．3．1 H．264编码整体框架

3．3．2 H．264编码核心技术分析

3．4 本章小结

第4章 3G通信标准简介

第5章 系统平台搭建

5．1 硬件选型

5．1．1 S3C2440微控制器

5．1．2 TQ2440开发板及其硬件接口

5．1．3 摄像头选型

5．1．4 3G无线网卡选型

5．2 软件平台搭建

5．2．1 建立交叉编译和调试环境

5．2．2 U-BOOT移植

5．2．3 linux内核移植

5．2．4 构建基于busybox的yaffs2文件系统

5．2．5 ov9650摄像头驱动移植

5．2．6 配置3G模块驱动

5．2．7 配置ppp协议

5．3 本章小结

第6章 系统功能实现

6．1 数据发送端实现

6．1．1 ppp拨号

6．1．2 视频数据采集

6．1．3 RGB565转换成RGB24

6．1．5 H．264编码

6．1．6 UDP视频数据发送

6．2 数据接收端实现

6．2．1 UDP视频数据接收

6．2．2 H．264解码

6．2．3 YUV420转换成RGB565

6．2．4 视频播放

6．3 T264编码优化

6．3．1 编译优化

6．3．2 代码优化

6．3．3 编码器裁剪

6．3．4 优化效果

6．4 系统测试

6．4．1 测试方案1

6．4．2 测试方案2

6．4．3 测试方案3

6．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

附录A ppp拨号相关文件代码

附录B 系统C程序代码

附录C T264编码参数

附录D 中英文缩写词释义